Ao avaliar a aerodinâmica de um carro de corrida são definidos alguns parâmetros para caracterizar sua aerodinâmica de acordo com as condições da pista e da corrida. É criada uma relação analítica entre esses parâmetros, a relação típica é chamada de curvas polares. Existem dois tipos de curvas polares, a polar de asa e a polar de resfriamento. O primeiro é o mais comumente usado durante o desenvolvimento aerodinâmico. É definido pela variação do ângulo de ataque das asas. É importante mencionar que os carros de rodas abertas (OW) e rodas fechadas (CW) possuem diferentes dispositivos aerodinâmicos. Carros de corrida de rodas abertas possuem asas na frente e atrás, enquanto o segundo possui apenas uma asa, na parte traseira do carro. Estes são usados para otimizar a configuração do carro. As equipes de corrida têm essas polares para as asas e usam essas informações para definir uma configuração para uma pista ou condição específica. Estas são a asa dianteira e a asa traseira polar. Além disso, é possível utilizar as curvas polares durante o desenvolvimento aerodinâmico para realizar o reconhecimento de dados. Este é um processo que reconhece os dados de saída de um teste de túnel de vento, de modo que seja capaz de comparar diferentes percursos de túnel de vento.

Por exemplo, para comparar diferentes configurações de asa. Assim, fixando um parâmetro, front balance (Fbal) ou drag (CX∙S) como exemplos, é possível definir qual configuração é melhor. A Figura 1 indica um exemplo em que o balanço frontal é fixo. A linha vermelha indica a polar obtida apenas alterando o ângulo da asa, opção 1 e opção 2 são dados medidos por testes em túnel de vento e fixando o balanceamento frontal como alvo de 41, é possível escolher a melhor solução. No caso de resfriamento polar, isso é baseado na taxa de fluxo de massa através dos dutos de resfriamento. Assim, alguns blanks são projetados, a vazão mássica é imposta, assim observa-se como esses blanks impactam no resfriamento e também nos coeficientes aerodinâmicos, principalmente arrasto (CX∙S).

Curva polar da asa

Uma variação importante da asa polar é a curva tridimensional. Isso reúne o equilíbrio frontal (Fbal), o arrasto e o downforce em um gráfico. A partir disso é possível obter duas curvas, uma referente a Fbal e outra referente a CX∙S. No entanto, é importante entender que todos os parâmetros estão relacionados ao CX∙S, este é um polar típico usado no desenvolvimento aerodinâmico. Considerando a avaliação polar da asa, carros de corrida de rodas abertas e fechadas diferem na quantidade de asas. Normalmente, os carros de corrida CW têm apenas uma asa, na parte traseira do carro, enquanto o OW tem duas asas. Isso resulta em diferentes curvas polares, pois a asa dianteira atrapalha o fluxo de ar para a traseira.

Caso geral para carro de corrida de rodas abertas

No caso de um carro de corrida OW, a asa dianteira é uma das primeiras a ser analisada. Um ponto interessante sobre a asa dianteira é que os ajustes são feitos no flap da asa. As curvas polares já mencionadas são usadas. Como pode ser visto nas Figuras 2 e 3, aumentando α da asa dianteira, o downforce aumenta a um custo muito pequeno de arrasto. Além disso, a equação da curva demonstra que a eficiência dessa asa dianteira é muito alta. A eficiência é a quantidade de downforce pela quantidade de arrasto.

Uma asa de alta eficiência é caracterizada pela relação entre o downforce e o arrasto produzido que produz o maior downforce com o menor arrasto possível. A equação sugere que, para um ponto do CX∙S, o downforce aumenta cerca de 5,6 pontos. Além disso, alterar α também altera Fbal. Quanto maior α, mais o equilíbrio do carro vai para o eixo dianteiro, aumentando assim Fbal.

A asa traseira polar exibe uma situação diferente. As Figuras 4 e 5 ilustram que embora o downforce aumente com α, a eficiência é menor que a asa dianteira α. Para um ponto de arrasto, a força descendente é aumentada em 2 pontos. Fbal também é alterado de maneira diferente ao analisar a asa dianteira. Nesse caso, um α maior transfere o equilíbrio para o eixo traseiro. Assim, o balanço frontal é reduzido. As Figuras 2 e 5 ilustram como as asas dianteiras e traseiras são usadas para configurar o carro.

Estas asas têm curvas polares muito diferentes principalmente em termos de equilíbrio. A razão é que, se houver um valor de equilíbrio dianteiro que seja o alvo, ambas as asas dianteiras e traseiras podem ser usadas para alcançá-lo. Ou seja, é possível aumentar a asa dianteira α ou diminuir a asa traseira α. Por esta razão, é importante conhecer o alvo da Fbal, a situação e o traçado da pista. Por exemplo, em uma pista de baixo downforce, é interessante configurar o carro para realizar um arrasto menor para melhorar a velocidade máxima. Assim, é necessário deslocar o balanceamento para frente reduzindo a asa traseira α, pois esta tem maior impacto no arrasto. Desta forma, o equilíbrio é deslocado para a frente, enquanto o CX∙S é reduzido, melhorando assim a velocidade máxima do carro. Por outro lado, em condições de chuva, é aconselhável trabalhar na asa dianteira α para aumentar a aderência e Fbal com baixo custo de CX∙S. Desta forma, a dirigibilidade do carro é melhorada. Portanto, o equilíbrio do carro devido às asas deve ser cuidadosamente ajustado, pois cada asa atua sobre o eixo ao qual está próxima. Downforce sempre vem com algum custo de arrasto, mas a relação é pior na asa traseira. Isso ocorre porque a asa traseira pega um pouco da asa dianteira e das rodas. As asas são ajustadas pela variação do ângulo (α). Isso é feito na aba ou na asa inteira. Normalmente, a asa dianteira tem flaps, enquanto a asa traseira se move inteiramente.

A Figura 6 ilustra a correlação entre Fbal, CX∙S e α de cada asa. Estes confirmam que a asa dianteira é menos sensível a CX∙S do que a traseira, as inclinações são 0,002 contra 0,014, respectivamente.

Curva polar de arrefecimento

O resfriamento polar é importante, porque tem um impacto significativo nos coeficientes aerodinâmicos. É medido o impacto sobre eles devido à variação do fluxo cruzado do radiador. Isso é feito pela obstrução desses espaços em branco, como visto na Figura 7. O teste é feito e os novos coeficientes aerodinâmicos são calculados.

Conforme a Figura 8, o efeito é nítido, aumentando os blanks, ou seja, a redução da vazão de ar pelo radiador, menor será o CX∙S, maior a eficiência. No entanto, é importante entender que menos fluxo de ar para os radiadores significa um motor operando em uma temperatura crítica. Portanto, o engenheiro deve entender que um compromisso entre CX∙S e durabilidade do motor deve ser muito bem estabelecido.

Curvas polares das grelhas

Apesar das asas dianteiras e traseiras, existem outras curvas polares. Existem outros dispositivos que têm um impacto significativo na aerodinâmica do veículo. Por exemplo, subasas, difusores e piso plano. No entanto, uma curva polar é definida por um parâmetro ajustável e sua correlação com os coeficientes aerodinâmicos. Uma vez que estes são ajustáveis, o outro dispositivo aerodinâmico ajustável são as persianas (Figura 9). Estes são geralmente encontrados em protótipos de carros GT e antigos. Este dispositivo propõe uma conexão entre a parte inferior da asa dianteira e o campo de fluxo externo.

Quando abertas, as persianas criam um efeito de sucção que melhora a força descendente vertical. No entanto, existem alguns custos devido ao uso de persianas. O primeiro é CX∙S, se os slots estiverem fechados, o CX∙S gerado é reduzido, mas também o CD∙S no eixo dianteiro. Portanto, Fbal também é reduzido. Outra consequência das persianas é a refrigeração, em alguns carros os intercoolers ficam na parte traseira do carro. O ar que sai das persianas vai direto para os dutos do intercooler. Portanto, venezianas também requerem o entendimento do engenheiro sobre o compromisso entre um bom Fbal e o resfriamento do motor.

Referências

• Este artigo é baseado nas notas dos autores tomadas durante as palestras de Aerodinâmica Industrial na Dallara Academy.